NTIA REPORT 89·241 METEOR BURST SYSTEM COMMUNICATIONS COMPATIBILITY David Cohen William Grant Francis Steele U.S. DEPARTMENT OF COMMERCE Robert A. Mosbacher, Secretary Alfred C. Sikes, Assistant Secretary for Communications and Information MARCH 1989 ABSTRACT The technical and operating characteristics of meteor burst systems of importance for spectrum management appl i cati ons are i dent ifi ed. A techni ca1 assessment is included which identifies the most appropriate frequency subbands withi n the VHF spectrum to support meteor burst systems. The electromagnetic compatibility of meteor burst systems with other equipments in the VHF spectrum is determined using computerized analysis methods for both ionospheric and groundwave propagation modes. It is shown that meteor burst equipments can cause and are susceptible to groundwave interference from other VHF equipments. The report includes tables of geographical distance separations between meteor burst and other VHF equipments which satisfy interference threshold criteria. KEY WORDS Compat i bil ity Interference Meteor Bu rst Spectrum Management iii TABLE OF CONTENTS Subsection SECTION 1 INTRODUCTION BACKGROUND. ••••••••••••••••••••• .. • .. •••••••••• .. •••••••••••••••••••••••• • • • • 1 OBJECTIVES •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2 APPROACH ••••••••• e'. ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2 SECTION 2 CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS CONCLUSIONS.... ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ••• •••• •••••••• • 4 FREQUENCY USE •••••••••••••• 0 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• Cl ••••• 4 COMPATIBLE OPERATIONS ••••••••••••••.•••••.•••••••••••••••••.••.•••..•••••• 5 OTHER. ••••••••••••••••••••••••••••• • ••• •• ••••••••••••••••••••••••••••••••• 6 RECOMMENDATIONS ••.••••.••••.•••••••••.•••••..•••••.•.••••••••••••••••.•••. 7 SECTION 3 TECHNICAL CHARACTERISTICS OF METEOR BURST SYSTEMS 3.1 INTRODUCTION •••.••••.••.••••••••.••••••••••.•••••••••••••••••.••••••• 8 3.2 METEOR TRAIL ELECTROMAGNETIC CHARACTERISTICS ••••••••••••••••••••••••• 8 3.3 METEOR BURST SYSTEM PROTOCOLS •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 11 SECTION 4 FREQUENCY BANDS AND EMISSION CHARACTERISTICS FOR METEOR BURST COMMUNICATION SYSTEMS 4.1 FREQUENCY BANDS •.••••.••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••• 14 4.2 SPECTRUM STANDARDS ••••••••••.•••••.••••••••••.••••...••..•••••••.••••• 17 v TABLE OF CONTENTS (continued) ,Subsecti on SECTION 5 METEOR BURST AND OTHER VHF SYSTEMS 5.1 INTRODUCTION .••••••••••••••••••.••••••...•••..••••.•••••..••••..••.•• 19 5.2 METEOR BURST TELEMETRY SySTEMS ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 19 5.3 METEOR BURST EMERGENCY COMMUNICATIONS •••••••••••••••••••••••••••••••• 20 5.4 METEOR BURST COMMUNICATION SySTEMS ••••••••••••.•••••••••••••••••••••• 21 5.5 VHF SySTEMS •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•.•••.•••••.•• 23 5.6 SYSTEM CHARACTERISTICS ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 26 5.7 TELEVISION RECEIVER INTERMEDIATE FREQUENCIES (IF) •••••••••••••••••••• 27 SECTION 6 IONOSPHERIC COMPATIBILITY 6.1 INTRODUCTION •.•••••••••••••••••••.•••••••.•••••••••••••••••••••••••.. 28 6.2 METEOR IONIZATION.................................................... 28 6.3 SPORADIC E REFLECTIONS ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 29 6.4 REGULAR F REGION REFLECTIONS ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31 6.5 SUMMARY OF VHF IONOSPHERIC INTERFERENCE •••••••••••••••••••••••••••••• 31 6.6 AIRPLANE REFLECTIONS ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32 SECTION 7 GROUNDWAVE COMPATIBILITY 7.1 INTERFERENCE PATHS AND CONDITIONS •••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33 7.2 LAND MOBILE COMMUNICATION SERVICE AREA ••••••••••••••••••••••••••••••• 36 7.3 INTERFERENCE CRITERIA •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37 7.4 METEOR BURST SYSTEM COMPATIBILITY WITH LAND MOBILE SySTEMS ••••••••••• 38 7.5 CORDLESS TELEPHONES AND CHILD MONITORS ••••••••••••••••••••••••••••••• 50 7.6 METEOR BURST TO METEOR BURST COMPATIBILITy ••••••••••••••••••••••••••• 64 vi TABLE OF CONTENTS (continued) Subsection SECTION 8 APPLICABLE RULES AND REGULATIONS 8.1 ALLOCATIONS ••••.•••••.••.•.•.•..••••.••..•.••.••..•....•••..•....•••. 69 8.2 TECHNICAL STANDARDS ••••..••••..•..•.•.••..•.••••..•..•.••.••.•....•.• 71 8.3 CHANNELING PLAN •.••••••••.•.•.••••••.•.•••••.••.••.•.•••...•..•.•.••• 71 8.4 DEFINITION OF METEOR BURST SySTEMS ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 72 8.5 ADJACENT CHANNEL EMISSIONS (UNWANTED EMISSIONS) •••••••••••••••••••••• 72 8.6 BILATERAL INTERNATIONAL AGREEMENTS ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 72 APPENDICES APPENDIX A: INTERNATIONAL AND NATIONAL RADIO FREQUENCY APPLICATION TABLE INCLUDING FOOTNOTES FOR THE 30-100 MHz BAND •••••••••••• 74 APPENDIX B: FOOTNOTES FOR THE 30-100 MHz BAND •••••••••••••••••••••••••••• 81 APPENDIX C: NATIONAL REGULATIONS CONCERNING TECHNICAL PARAMETERS AND OPERATIONS •..••••••••••.•.•••••••.•..•••••.•.•••••.••.•.• 84 APPENDIX 0: DESCRIPTION OF THE PRODSIR MODEL ••••••••••••••••••••••••••••• 93 APPENDIX E: GROUND WAVE PROPAGATION MODEL •••••••••••••••••••••••••••••••• 96 RE~ERENCES . REFERENCES ••••••••••••••••••••••••••••••••••••..•••••.•••••••••••••••••••• 102 LIST OF ILLUSTRATIONS Fi gure 1 Meteor Burst System Geometry. Figure 1 shows ray paths to other ionospheric reflectors at VHF frequencies •••••••••••••••••• 10 2 Frequency Dependent Terms in the range 40~50 MHz................. 15 vii TABLE OF CONTENTS (continued) LIST OF ILLUSTRATIONS (continued) Fi gu re 3 Received power vs. distance separation between transmitter and receiver. 10,000 watt transmitter GT = GR = 10 dBi, ~ ionosphere f O = 13 MHz •••••••••• ••••••••••••••• e ••••••••••••••••• 30 4 Groundwave interference paths between meteor burst and other equipments in the 30-50 MHz band ••........•..........•...•...•.... 33 5 Electromagnetic Environment which includes both a land mobile and meteor burst system. When 0 = Os interference protection is provi ded.................................. .. 38 6 Meteor Burst to Land Mobile Base Station. Mainlobe Meteor Burst •••••••.•••••••••••••••••••••••••••••..•••.•.•••••..•..•.••.• 40 7 Meteor Burst to Land Mobile Base Station. Sidelobe Meteor Burst 42 8 Interference from Meteor Burst to Base Receiver ..•.....•.......... 43 9 Distance Meteor Burst to Base Station. Interference to Mobile Receiver (Mainbeam) ...•••....•...•......•..•............... 46 10 Distance Meteor Burst to Base Station. Interference to Mobile Receiver (Off-Axis) •....•••...••...••....•....••.•..•...•.. 47 11 Land Mobile Base Station to Meteor Burst Receiver................. 49 12 Distance Base Station to Meteor Burst Receiver. (Interference Mobile Transmitter to Meteor Burst Receiver) , 51 13 10 mkW Cordless Telephone, Gt = -10 dB; .•...•...•.•...•.•...•.••.. 55 14 Emission Spectra, Carrier and Side Frequencies, 50 kHz Span ••••••• 57 15 Emission Spectra, Carrier and Side Frequencies, 10 kHz Span ••••••• 58 16 Emission Spectra, Carri er and Side Frequencies, 50 kHz Span ••••••• 59 17 Cordless Phone Channels •••••••••·•••••••••••••••••••••••••••••••••• 61 18 Interference to a Cordless Telephone from a Meteor Burst Transmitter •••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 62 viii TABLE OF CONTENTS (continued) LIST OF ILLUSTRATIONS (continued) Figure Page 19 Received Power from Meteor Burst Transmitter, Mainbeam to Mainbeam, Meteor Burst to Meteor Burst ••••••••••••••••••••••••• 65 20 Received Power from Meteor Burst Transmitter, Mainbeam to Sidelobe, Meteor Burst to Meteor Burst ••••••••••••••••••••••••• 66 21 Received Power from Meteor Burst Transmitter, Sidelobe to Sidelobe, Meteor Burst to Meteor Burst •••••••••••••••••••••••••••• 67 22 ITU International Radio Frequency Utilization divided into Three Geographic Regions •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 70 23 XMTR Unwanted Emission Standards •••••••••••••••••••••••••••••••••• 73 LIST OF TABLES TABLE 1 METEOR BURST SYSTEM PROTOCOLS ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 13 2 ADJACENT CHANNEL SPECTRUM ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 18 3 METEOR BURST SYSTEM CHARACTERISTICS ••••••••••••••••••••••••••••••• 22 4 EQUIPMENTS •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• •••••.•••.• ~ 34 5 METEOR BURST SySTEM ••••••••••••.••••.•••••••••••••••••..•••.••.••. 35 6 LAND MOBILE SYSTEM (30-50 MHz) •••••••• ~ ••••••••••••••••••••••••••• 35 7 DISTANCE SEPARATION (0 , METEOR TO BASE) TO PROVIDE INTERFERENCE PROTECTIO~ TO MOBILE SySTEMS ••••••••••••••••••••••••• 44 8 DISTANCE SEPARATION (0 METEOR TO BASE) TO PROVIDE INTERFERENCE PROTECTIO~ TO METEOR BURST RECEIVERS................. 52 9 CORDLESS TELEPHONE TECHNICAL PARAMETERS ••••••••••••••••••••••••••• 53 10 COCHANNEL SEPARATION DISTANCES (METEOR BURST TO METEOR BURST) ••••• 68 ix SECTION 1 I NTRODUCTI ON BACKGROUND The National Telecommunications and Information Administration (NTIA), the Executive Branch agency principally .responsible for the development of both domestic and international telecommunications policy, is also responsible for managi ng the Federal Government I s use of the radi 0 frequency spectrum. NTIA establishes policies concerning spectrum assignment, allocation and use, and provides the various federal departments and agencies with guidance to ensure that their conduct of telecommunications activities is consistent with these pol i ci es.l In support of these requi rements, NTIA has compl eted a number of spectrum resource assessments (SRAs). The objectives of these assessments are to evaluate spectrum use, identify existing or potential compatibility problems, provi~e recommendations